JP2003193178A

JP2003193178A - 低合金フェライト系耐熱鋼

Info

Publication number: JP2003193178A
Application number: JP2001395922A
Authority: JP
Inventors: Hiromasa Hirata; 弘征平田; Kazuhiro Ogawa; 和博小川
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2001-12-27
Filing date: 2001-12-27
Publication date: 2003-07-09
Anticipated expiration: 2021-12-27
Also published as: JP3733902B2

Abstract

(57)【要約】【課題】溶接熱影響部でのクリープ強度低下が小さい低
合金フェライト系耐熱鋼の提供。【解決手段】質量％で、Ｃ：0.001％から0.05％未満、S
i：1.0％以下、Mn：2.0％以下、Ｐ：0.030％以下、Ｓ：
0.015％以下、Cr：0.2％から７％未満、Ｖ：0.05〜0.40
％、Nb：0.01〜0.10％、N：0.001％から0.045％未満、s
ol.Al：0.010％以下、Ｏ（酸素）：0.010％以下を含
み、残部がFeおよび不純物からなり、鋼中に含まれる粒
径が0.3μm以上の炭化物および炭窒化物の析出密度が1
×10^６個／mm^２以下であることを特徴とする低合金フ
ェライト系耐熱鋼。この鋼は、Mo、Ｗ、Cu、Ni、Co、T
a、Hf、Nd、Ti、Ca、MgおよびＢの中の１種以上を含む
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、低合金フェライト
系耐熱鋼、特に溶接継手の溶接熱影響部でクリープ強度
の低下の小さいフェライト系耐熱鋼に関する。

【０００２】

【従来の技術】ボイラ、化学装置などの耐熱、耐圧配管
に用いられる高温材料としては、2・1／4Cr−1Mo鋼に代
表される低Crフェライト鋼、9Cr−1Mo鋼に代表される高
Crフェライト鋼、および18Cr−8Ni鋼に代表されるオー
ステナイト系ステンレス鋼がよく知られている。

【０００３】なかでも、2・1／4Cr−1Mo鋼に代表される
低合金耐熱鋼は安価であるため、使用環境に応じて多量
に使用されている。低合金フェライト系耐熱鋼は、一般
に焼戻しベイナイト、焼戻しマルテンサイト等のいわゆ
るフェライト系組織からなるが、高Cr系耐熱鋼やオース
テナイト組織からなる鋼に較べて高温強度が低い。そこ
で、数％のCrを含有する低合金鋼をベースにＶ、Nbおよ
びＷなどの合金元素量を調整して高い高温強度を付与し
た低合金耐熱鋼が提案されている（例えば、特開平2-21
7438号公報、同3-87332号公報、同10-8194号公報、参
照）。

【０００４】しかし、低合金フェライト系耐熱鋼を溶接
構造物にすると、溶接継手の溶接熱影響部（HAZ）でク
リープ強度が低下する、いわゆる「HAZ軟化」現象が発
生する。上記各公報に示されるフェライト系耐熱鋼は、
母材のクリープ強度や靭性の向上を目的として開発され
たものであり、溶接継手のクリープ強度低下の防止は考
慮されていない。

【０００５】他方、HAZ軟化の防止を狙った鋼に関して
も、例えば、特開平6-65689号公報、同7-242935号公
報、同8-134584号公報による幾つかの提案がある。しか
し、特開平7-242935号公報および同8-134584号公報の鋼
は特殊な溶製や加工熱処理を必要とするため、製造コス
トの上昇と生産効率の低下を招く。また、特開平6−656
89号公報に示される鋼は、酸化タンタル粒子を必須成分
として含むため、製造コストが嵩む。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、特殊
な溶製や複雑な加工熱処理を必要とせず、溶接継手の溶
接熱影響部におけるクリープ強度低下の小さい安価な低
合金フェライト系耐熱鋼を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の低合金フェライ
ト系耐熱鋼は下記(1)から(4)までの耐熱鋼である。

【０００８】(1)質量％で、Ｃ：0.001％から0.05％未
満、Si：1.0％以下、Mn：2.0％以下、Ｐ：0.030％以
下、Ｓ：0.015％以下、Cr：0.2％から７％未満、Ｖ：0.
05〜0.40％、Nb：0.01〜0.10％、N：0.001％から0.045
％未満、sol.Al：0.010％以下およびＯ（酸素）：0.010
％以下を含み、残部がFeおよび不純物からなり、鋼中に
含まれる粒径が0.3μm以上の炭化物および炭窒化物の析
出密度が1×10^６個／mm ^２以下であることを特徴と
する低合金フェライト系耐熱鋼。

【０００９】(2)上記(1)に記載の成分に加えて、さらに
下記の第１群から第４群の少なくとも１群の中の少なく
とも１種の成分を含み、残部がFeおよび不純物からな
り、鋼中に含まれる粒径が0.3μm以上の炭化物および炭
窒化物の析出密度が1×10^６個／mm^２以下であること
を特徴とする低合金フェライト系耐熱鋼。

【００１０】第１群…質量％で、それぞれ0.1〜5.0％
か、または合計で0.1〜5.0％のMoおよびＷ。

【００１１】第２群…質量％で、それぞれ0.02〜5.00％
か、または２種以上の合計で0.02〜5.00％のCu、Niおよ
びCo。

【００１２】第３群…質量％で、それぞれ0.001〜0.20
％か、または２種以上の合計で0.001〜0.20％のTa、H
f、NdおよびTi。

【００１３】第４群…質量％で、それぞれ0.0005〜0.01
00％か、または合計で0.0005〜0.0100％のCaおよびMg。

【００１４】(3)前記(1)に記載の成分に加えて、さらに
質量％で0.0005〜0.0100％のＢを含み、残部がFeおよび
不純物からなり、鋼中に含まれる粒径が0.3μm以上の炭
化物および炭窒化物の析出密度が1×10^６個／mm^２
以下であることを特徴とする低合金フェライト系耐熱
鋼。

【００１５】(4)前記(1)に記載の成分に加えて、さらに
質量％で0.0005〜0.0100％のＢ、および前記の第１群か
ら第４群の少なくとも１群の中の少なくとも１種の成分
を含み、残部がFeおよび不純物からなり、鋼中に含まれ
る粒径が0.3μm以上の炭化物および炭窒化物の析出密度
が1×10^６個／mm^２以下であることを特徴とする低
合金フェライト系耐熱鋼。

【００１６】ここで炭化物および炭窒化物の「粒径」と
は、走査型電子顕微鏡（SEM）で観察した粒子の長径で
ある。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明者らは、溶接時の熱サイク
ルによる組織変化に着目して検討を繰り返した結果、以
下の新たな知見を得た。

【００１８】まず、HAZ軟化現象は次の機構で生じるこ
とが明らかになった。即ち、母材の製造時には、Ｍ_２３
Ｃ_６型炭化物（この場合のＭはCr、Mo、Ｗ等の金属元
素）またはＭＸ型炭窒化物（この場合のＭはＶ、Nb等の
金属元素、ＸはＣ、Ｎ）が析出している。このうち、Cr
を多量に固溶するＭ_２３Ｃ_６型炭化物は、ＭＸ型炭窒化
物に比べて粗大であり、溶接時の熱サイクルによりその
一部が分解、固溶し、その後の熱処理（溶接後熱処理）
およびクリープの初期過程で、Ｍ_２３Ｃ_６型炭化物が固
溶した領域から、過飽和に固溶したCrが再度微細に析出
する。そのため、溶接熱サイクルを受けない母材（即
ち、炭化物の一部固溶が生じない母材）やHAZ軟化が生
じない部分（炭化物の一部固溶が生じないか、または炭
化物が完全に分解固溶する部分）に比べると、HAZではC
rを主体としたＭ_２３Ｃ_６型炭化物の析出密度およびサ
イズ分布が不均一となる。その後、使用中に前記の過飽
和に固溶したCrの析出が完了し、母相のCr濃度が平衡濃
度に達した後は、微細な粒子の消滅により粒子が粗大化
するため、Crを主体とした微細なＭ_２３Ｃ_６型炭化物が
消失し、Crがその周りのＭ_２３Ｃ_６型炭化物の成長に供
給されるか、またはＭＸ型炭窒化物を核にして再析出し
成長するため、Ｍ_２３Ｃ_６型炭化物およびＭＸ型炭窒化
物全体の成長速度が大きくなる。その結果、強化に大き
く寄与するＭＸ型炭窒化物による微細分散強化の効果が
早期に損なわれ、強度低下が生じる。

【００１９】上述の知見を基にして、HAZ軟化の防止方
法について詳細に検討した結果、HAZ軟化防止には下記
の対策が有効であることが確認された。（a）溶接前に鋼中に存在する粗大な析出物（主としてC
rを含むＭ_２３Ｃ_６型炭化物)の析出量を減らし、溶接熱
サイクルによる部分固溶に起因する析出物のサイズの不
均一を解消すること。（b）溶接前の析出物のサイズおよび析出密度がHAZのク
リープ強度に及ぼす影響について検討した結果、溶接前
の母材鋼中に含まれる粒径が0.3μm以上の析出物の析出
密度を1×10^６個／mm^２以下とすることが上記の粗
大な析出物の析出量を減少させるのに有効であることが
明らかになった。これによりHAZ軟化が防止できる。（c）溶接前の粗大な析出物の析出量を減少させるため
には、Crの活量を下げるＣとＮの含有量を極力低減する
ことが極めて有効である。さらに、ＣおよびＮの低減
は、Crの活量を上げ、母相の平衡Cr濃度を上げるため、
使用中に析出が完了し、母相が平衡濃度に達した後の析
出物の粗大化過程でその成長速度を小さくするのにも有
効である。特に、Ｃを0.05％未満、Ｎを0.045％未満と
した場合にその効果が顕著である。

【００２０】上記の(b)と（c）が同時に満足されると
き、HAZ軟化が効果的に防止される。この知見は、微細
なＭ_２３Ｃ_６型炭化物を多量に析出させる必要があると
している特開平7-242935号公報および同8-134584号公報
に示される知見とは全く異なるものである。

【００２１】以下、本発明の低合金フェライト系耐熱鋼
の化学組成、ならびに炭化物および炭窒化物の大きさと
その析出密度を上記のように定めた理由について詳細に
説明する。なお、以下において「％」は「質量％」を意
味する。

【００２２】Ｃ：0.001％から0.05％未満従来、Ｃは炭化物を形成し、高温強度の確保に寄与する
元素であるとされてきた。しかし、Crの活量を上げて粗
大なCr炭化物の析出を抑制するとともに、長時間使用で
の炭化物の成長を遅らせてHAZの長時間強度を確保する
（即ち、HAZ軟化を防止する）ためには、Ｃ含有量を極
力少なくするのが有効である。従って、Ｃ含有量は0.05
％未満とする。一方、ＶやNbを固溶する微細なＭＸ型炭
窒化物による分散強化の効果を得るには、少なくとも0.
001％のＣが必要である。従って、Ｃ含有量を0.001％か
ら0.05％未満とした。一層望ましいＣ含有量は0.005〜
0.045％である。

【００２３】Si：1.0％以下 Siは、製鋼時に脱酸剤として添加されるが、鋼の耐酸化
性および耐高温腐食性の改善に有効な元素である。しか
し、過剰の添加は母材自身のクリープ脆化および靭性の
低下を招く。このため、Si含有量は1.0％以下とした。
好ましいのは0.8％以下である。なお、Siは、後述するM
nやAlによって脱酸が十分におこなわれる場合には必ず
しも積極的に添加する必要はない。即ち、Si含有量は実
質的に０％でもよい。但し、Siによる脱酸効果を確実に
得るには0.03％以上含有させるのが望ましい。

【００２４】Mn：2.0％以下 Mnは、上記のSiと同様に、製鋼時に脱酸剤として添加さ
れる。しかし、過剰に含まれるとクリープ脆化を生じさ
せクリープ強度の低下を招く。このため、Mn含有量は2.
0％以下とした。好ましいのは1.8％以下である。なお、
Mnは、上記のSiや後述するAlによって脱酸が十分におこ
なわれる場合には、必ずしも積極的に添加する必要はな
いのでその含有量は実質的に０％であってもよい。但
し、Mnによる脱酸効果を確実に得るためには0.03％以上
含有させるのが望ましい。

【００２５】Ｐ：0.030％以下Ｐは、鋼中に不可避的に含まれる不純物であり、過剰に
含まれると粒界脆化の原因になり、クリープ強度を低下
させる。また、溶接後の熱処理の際の脆化やHAZ割れの
原因にもなる。従って、その上限を0.030％とした。な
お、Ｐ含有量は低ければ低いほど好ましい。

【００２６】Ｓ：0.015％以下Ｓも上記のＰと同様に鋼中に含まれる不純物であり、過
剰に含まれると粒界脆化の原因になり、クリープ強度の
低下や溶接後の熱処理の際の脆化やHAZ割れの原因にも
なる。このため、その上限を0.015％とした。なお、Ｓ
含有量は低ければ低いほど好ましい。

【００２７】Cr：0.2％から７％未満 Crは、高温での耐食性の確保に有効な元素である。その
効果は0.2％から現れる。しかし、Cr含有量が過剰にな
るとCrを主体とするＭ_２３Ｃ_６型炭化物の生成量を増加
させるとともに、炭化物の成長を促進し、HAZでのクリ
ープ強度の低下を招く。このため、Cr含有量は７％未満
にとどめるべきである。さらに好ましい範囲は0.5〜６
％である。

【００２８】Ｖ：0.05〜0.40％Ｖは、微細な炭化物および炭窒化物を形成し、クリープ
強度の向上に寄与する元素である。この効果を得るため
には0.05％以上の含有量が必要である。しかし、0.40％
を超えると炭窒化物の粗大化を招き、その微細分散によ
る強度向上効果が失われるとともに靱性低下を招く。こ
のため、Ｖ含有量の上限は0.40％とした。一層好ましい
含有量は0.10〜0.30％である。

【００２９】Nb：0.01〜0.10％ Nbは、上記のＶと同様に、微細で高温においても安定な
炭化物および炭窒化物を形成し、クリープ強度の向上に
寄与する。この効果を得るためには、0.01％以上の含有
量が必要である。しかし、0.10％を超えると、炭窒化物
の粗大化を招き、その微細分散による強度向上効果が失
われるとともに靱性低下を招く。従って、Nb含有量の上
限は0.10％とした。一層好ましい含有量は0.02〜0.08％
である。

【００３０】Ｎ：0．001％から0.045％未満Ｎは、窒化物を形成して鋼の高温強度を上げる元素であ
るとされてきた。しかし、Crの活量を上げてCr炭化物の
析出を抑制し長時間使用における炭化物の成長速度を小
さくするためには、Ｎ含有量は極力低減することが重要
である。そこで、Ｎ含有量は0.045％未満とした。一
方、ＶやNbが固溶するＭＸ型炭窒化物の微細分散強化の
効果を得るためには、0.001％以上のＮ含有量が必要で
ある。従って、Ｎの含有量は0.001％から0.045％未満と
した。さらに好ましいのは0.002〜0.040％である。

【００３１】sol.Al：0.010％以下 Alは、製鋼時に脱酸剤として添加されるが、過剰の添加
は鋼の清浄度の低下を招く。このため、Alの含有量は、
sol.Al含有量で0.010％以下とした。好ましいのは0.008
％以下である。なお、Alは、前述したSiやMnによって脱
酸が十分におこなわれる場合には必ずしも積極的に添加
する必要はないのでAlの含有量の下限は実質的に０％で
もよい。但し、Alによる脱酸効果を確実に得るにはsol.
Al含有量で0.003％以上とするのが望ましい。

【００３２】Ｏ（酸素）：0.010％以下Ｏ（酸素）は、鋼中に含まれる不純物であり、過剰に含
まれると鋼の清浄度の低下とともにクリープ強度の低下
を招く。このため、Ｏ含有量は0.010％以下とした。な
お、Ｏ含有量は低ければ低いほどよい。

【００３３】本発明の溶接熱影響部軟化の小さい低合金
フェライト系耐熱鋼の一つは、上記の成分の外、残部が
Feと不純物とからなり、かつ、Ｍ_２３Ｃ_６型炭化物およ
びＭＸ型炭窒化物を主体とする析出物の大きさと析出密
度が前記のように調整されているものである。

【００３４】本発明の耐熱鋼のもう一つは、前記の第１
群から第４群の少なくとも１群の中から選んだ少なくと
も１種の成分、または／およびＢを含む鋼である。以
下、これらの成分について説明する。

【００３５】第１群（MoおよびＷ）：MoおよびＷは、マ
トリックスを固溶強化し、クリープ強度を向上させる作
用を有する。従って、その効果を得たい場合には１種以
上を積極的に添加含有させてもよい。その効果は、それ
ぞれ、または合計で0.1％以上の含有量で顕著になる。
しかし、それぞれの含有量または合計含有量が5.0％を
超えると、粗大な金属間化合物の生成により靭性低下を
招く。従って、添加する場合のこれら元素の含有量は、
それぞれ0.1〜5.0％または合計で0.1〜5.0％とするのが
よい。さらに好ましいのは、それぞれ、または合計で0.
5〜4.5％である。

【００３６】第２群（Cu、NiおよびCo）：これらの元素
は、いずれもオーステナイト生成元素で、マトリックス
のマルテンサイト化に有効である。その効果を得たい場
合には１種以上を積極的に添加含有させてもよく、その
場合、それぞれの含有量または２種以上合計の含有量で
0.02％以上で上記の効果が顕著になる。しかし、それぞ
れまたは合計の含有量が5.00％を超えると、クリープ延
性の低下を招く。従って、添加する場合のこれら元素の
含有量は、それぞれまたは２種以上合計で0.02〜5.00％
とするのがよい。一層好ましい範囲は0.05〜4.50％であ
る。

【００３７】第３群（Ta、Hf、NdおよびTi）：これらの
元素を添加すれば、Cr炭化物よりも高温まで安定な炭化
物を生成し、HAZでのクリープ強度の低下を防止する作
用を有する。その効果を得たい場合には１種以上を積極
的に添加含有させてもよい。それぞれまたは２種以上の
合計で0.001％以上の含有量で効果が顕著になる。しか
し、それぞれまたは合計の含有量が0.20％を超えると、
多量の粗大炭化物の析出を招き、鋼の靭性を損なう。従
って、添加する場合のこれら元素の含有量は、それぞれ
または２種以上合計で0.001〜0.20％とするのがよい。
さらに好ましいのは0.03〜0.18％である。

【００３８】第４群（CaおよびMg）：これらの元素は鋼
の熱間加工性を向上させる作用を有する。その効果を得
たい場合には１種以上を積極的に添加含有させてもよ
い。その効果は、それぞれまたは合計で0.0005％以上の
含有量で顕著になる。しかし、それぞれまたは合計の含
有量が0.0100％を超えると、鋼の清浄度を損なう。従っ
て、添加する場合のこれら元素の含有量は、それぞれま
たは合計で0.0005〜0.0100％とするのがよい。好ましい
範囲は0.0010〜0.0080％である。

【００３９】Ｂ：Ｂは炭化物を分散、安定化させて母材
のクリープ強度を向上させるとともに、焼入れ性を向上
させて母材の組織をマルテンサイトにするのに有効であ
る。この効果を得たい場合には積極的に添加含有させて
もよい。その効果は0.0005％以上の含有量で顕著にな
る。しかし、含有量が0.0100％を超えると、溶接時の高
温割れ性を招く。従って、添加する場合のＢ含有量は0.
0005〜0.0100％とするのがよい。さらに好ましいのは0.
0010〜0.0080％である。

【００４０】鋼中の析出物の大きさと量：前述のよう
に、HAZでのクリープ強度低下は次のようにして起き
る。即ち、母材の製造時に析出している粗大なＭ_２３Ｃ
_６型炭化物が、溶接時の熱サイクルにより、その一部が
分解、固溶する。そして、その後の溶接後熱処理および
クリープ初期過程で、炭化物が固溶した領域からＭ_２３
Ｃ_６型炭化物が再度微細に析出するため、溶接熱サイク
ルを受けない母材やHAZ軟化が生じない部分と比べるとC
rを主体とした炭化物の密度およびサイズの分布が不均
一となる。これがHAZでのクリープ強度低下の原因であ
る。

【００４１】これを防止するためには、溶接前の母材中
に存在するＭ_２３Ｃ_６型炭化物およびＭＸ型炭窒化物を
主体とする析出物の量を制限し、溶接熱サイクルによっ
て一部固溶する炭化物の量を減らすことが有効である。
その効果を十分に得るためには、溶接前の母材鋼中の粒
径が0.3μm以上のＭ_２３Ｃ_６型炭化物およびＭＸ型炭窒
化物を主体とする析出物の析出密度を1×10^６個／mm^２
以下とする必要がある。

【００４２】なお、析出物が上記の状態にある組織は、
母材の製造時における焼ならし、焼戻しの熱処理の温度
と保持時間を鋼の化学成分に応じて適宜調整する（例え
ば、後述する実施例に示す条件を採用する）ことによっ
て容易に得られる。

【００４３】

【実施例】表１に示す化学組成を有する29種類のフェラ
イト鋼からなる厚さ12mmの鋼板を準備した。鋼板は、真
空溶解炉で溶製し、鋳造、熱間鍛造、熱間圧延の工程に
より板材に成形した後、表２に示す850〜950℃で0.5〜
１時間の焼ならしの後、700〜770℃で１〜10時間の焼き
もどし熱処理を行うことにより製造した。なお、表２に
は析出物の析出密度および熱間加工性の評価結果も記載
した。

【００４４】熱間加工性は、熱間圧延後の板材表面を目
視観察して疵の発生状況を調べて、1m^２当たりの疵発生
個数が５個以下の場合を優良「◎」、6〜20個の場合を
特に問題なし「○」として表示した。どの鋼板も製造上
問題のない熱間加工性を有するが、なかでもCaまたはMg
を含むものは特に優れた熱間加工性を示した。

【００４５】

【表１】

【００４６】

【表２】

【００４７】まず、準備した各鋼板の板厚中央部から、
組織検鏡用試料を採取し、走査型電子顕微鏡（SEM）を
用い、5,000倍の倍率で10視野観察し、析出物のサイズ
と個数を測定し、１mm^２当たりの粒径（長径）0.3μm以
上の析出物（炭化物および炭窒化物）の析出密度を調
べ、その結果を表２に併記した。

【００４８】次に、鋼板の１辺に角度30゜、ルートフェ
イス厚さ１mmの開先加工を施して突き合わせた後、化学
組成が鋼板と同一の溶加材を使用してTIG溶接法により
多層盛り溶接を行って各鋼板ごとに溶接継手を製造し
た。そのとき溶接入熱量は12〜20kJ／cmとし、予熱とパ
ス間温度管理は特に行わなかった。なお、溶加材は各鋼
板から熱間加工と機械加工によって作製した。溶接後の
どの溶接継手にも高温割れ、低温割れ等の溶接欠陥は全
く発生しなかった。

【００４９】作製した溶接継手に740℃×0.5時間の溶接
後熱処理を施した後、長手方向の中央部に溶接線が位置
するクリープ試験片を採取し、クリープ試験に供した。
クリープ試験は600℃で行い、得られたデ−タを直線外
挿して3,000時間の推定強度を求めた。母材についても
同じクリープ試験を実施しその結果を表３に示した。ま
た、母材のクリープ強度に対する溶接継手のクリープ強
度の比（溶接継手のクリープ強度／母材のクリープ強
度）を求め、溶接継手の強度が母材の90％以上のものを
合格、90％未満のものを不合格と評価した。

【００５０】

【表３】

【００５１】表３から明らかなように、本発明で規定す
る条件を満たす鋼板を用いて得られた溶接継手（No.1〜
21）は、いずれも継手の推定強度が母材の推定強度の90
％以上である。これに対し、Ｃまたは／およびＮが本発
明で規定する範囲をはずれ、溶接前の鋼板の0.3μｍ以
上の析出物の密度が本発明で規定する範囲を外れる鋼板
を用いて得られた溶接継手（No.22〜25）では、継手の
推定強度が母材の強度の90％に達せず、HAZ軟化が防止
できていない。

【００５２】比較例の鋼板（AE〜AH）は、ＣおよびＮの
含有量は本発明で規定する範囲にあるが、鋼板製造時の
熱処理が不適切であったため溶接前の状態で0.3μｍ以
上の析出物の密度が過大であった。従って、その鋼板を
用いて作製した溶接継手（No.26〜29）でも推定強度が
母材の強度の90％に満たず、HAZ軟化が防止できていな
い。

【００５３】なお、本発明例の鋼板G、MおよびTを用い
て作製した溶接継手（表３のNo.7、13および20）から、
溶融境界がノッチ底に位置するJIS Z 2202に規定される
Vノッチ試験片を採取して、０℃でシャルピー衝撃試験
を行ったところ、吸収エネルギーはNo.7が173J、No.13
が151J、No.20が125Jであった。

【００５４】

【発明の効果】本発明の低合金フェライト系耐熱鋼は、
溶接熱影響部でのクリープ強度の低下が小さいので、ク
リープ強度の高い溶接継手が得られる。この鋼は、ボイ
ラや化学装置の構成材料として広く利用できるものであ
る。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】質量％で、Ｃ：0.001％から0.05％未満、S
i：1.0％以下、Mn：2.0％以下、Ｐ：0.030％以下、Ｓ：
0.015％以下、Cr：0.2％から７％未満、Ｖ：0.05〜0.40
％、Nb：0.01〜0.10％、N：0.001％から0.045％未満、s
ol.Al：0.010％以下およびＯ（酸素）：0.010％以下を
含み、残部がFeおよび不純物からなり、鋼中に含まれる
粒径が0.3μm以上の炭化物および炭窒化物の析出密度が
1×10^６個／mm^２以下であることを特徴とする低合金
フェライト系耐熱鋼。
【請求項２】質量％で、Ｃ：0.001％から0.05％未満、S
i：1.0％以下、Mn：2.0％以下、Ｐ：0.030％以下、Ｓ：
0.015％以下、Cr：0.2％から７％未満、Ｖ：0.05〜0.40
％、Nb：0.01〜0.10％、N：0.001％から0.045％未満、s
ol.Al：0.010％以下、Ｏ（酸素）：0.010％以下、およ
び下記の第１群から第４群の少なくとも１群の中の少な
くとも１種の成分を含み、残部がFeおよび不純物からな
り、鋼中に含まれる粒径が0.3μm以上の炭化物および炭
窒化物の析出密度が1×10^６個／mm^２以下であるこ
とを特徴とする低合金フェライト系耐熱鋼。第１群…質量％で、それぞれ0.1〜5.0％か、または合計
で0.1〜5.0％のMoおよびＷ。第２群…質量％で、それぞれ0.02〜5.00％か、または２
種以上の合計で0.02〜5.00％のCu、NiおよびCo。第３群…質量％で、それぞれ0.001〜0.20％か、または
２種以上の合計で0.001〜0.20％のTa、Hf、NdおよびT
i。第４群…質量％で、それぞれ0.0005〜0.0100％か、また
は合計で0.0005〜0.0100％のCaおよびMg。
【請求項３】質量％で、Ｃ：0.001％から0.05％未満、S
i：1.0％以下、Mn：2.0％以下、Ｐ：0.030％以下、Ｓ：
0.015％以下、Cr：0.2％から７％未満、Ｖ：0.05〜0.40
％、Nb：0.01〜0.10％、N：0.001％から0.045％未満、s
ol.Al：0.010％以下、Ｏ（酸素）：0.010％以下および
Ｂ：0.0005〜0.0100％を含み、残部がFeおよび不純物か
らなり、鋼中に含まれる粒径が0.3μm以上の炭化物およ
び炭窒化物の析出密度が1×10^６個／mm^２以下であ
ることを特徴とする低合金フェライト系耐熱鋼。
【請求項４】質量％で、Ｃ：0.001％から0.05％未満、S
i：1.0％以下、Mn：2.0％以下、Ｐ：0.030％以下、Ｓ：
0.015％以下、Cr：0.2％から７％未満、Ｖ：0.05〜0.40
％、Nb：0.01〜0.10％、N：0.001％から0.045％未満、s
ol.Al：0.010％以下、Ｏ（酸素）：0.010％以下、Ｂ：
0.0005〜0.0100％および下記の第１群から第４群の少な
くとも１群の中の少なくとも１種の成分を含み、残部が
Feおよび不純物からなり、鋼中に含まれる粒径が0.3μm
以上の炭化物および炭窒化物の析出密度が1×10^６個
／mm^２以下であることを特徴とする低合金フェライト
系耐熱鋼。第１群…質量％で、それぞれ0.1〜5.0％か、または合計
で0.1〜5.0％のMoおよびＷ。第２群…質量％で、それぞれ0.02〜5.00％か、または２
種以上の合計で0.02〜5.00％のCu、NiおよびCo。第３群…質量％で、それぞれ0.001〜0.20％か、または
２種以上の合計で0.001〜0.20％のTa、Hf、NdおよびT
i。第４群…質量％で、それぞれ0.0005〜0.0100％か、また
は合計で0.0005〜0.0100％のCaおよびMg。